Respuestas fisiológicas de Bituminaria bituminosa frente a sequía y

AEET
ASOCIACIÓN ESPAÑOLA
DE ECOLOGÍA TERRESTRE
Ecosistemas 21(3):118-120 [Septiembre-Diciembre 2012]
Doi.: 10.7818/ECOS.2012.21-3.19
Artículo publicado en Open Access bajo los términos de
Creative Commons attribution Non Comercial License.
TESIS
ecosistemas
REVISTA CIENTÍFICA DE ECOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE
ISSN 1697-2473 / Open access
disponible en www.revistaecosistemas.net
Respuestas fisiológicas de Bituminaria bituminosa frente a
sequía y metales pesados
D. Martínez-Fernández1,*
(1) Departamento de Recursos Naturales, Instituto Murciano de Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario (IMIDA), Estación Sericícola, Calle Mayor
s/n, La Alberca, 30150 Murcia, España.
* Correpondencia: [[email protected]]
> Recibido el 18 de octubre de 2012, aceptado el 30 de noviembre de 2012.
Martínez-Fernández, D. (2012). Respuestas fisiológicas de Bituminaria bituminosa frente a sequía y metales pesados. Ecosistemas
21(3):118-120. Doi.: 10.7818/ECOS.210.21-3.19
Bituminaria bituminosa (L.) C.H. Stirton es una especie perteneciente a la familia de las Leguminosas (Fabaceae), conocida con
los nombres comunes de tedera, trébol hediondo o hierba pestosa
(en inglés “Arabian pea”). Antes de adquirir su nombre científico actual, fue nombrada con los seudónimos taxonómicos Psoralea bituminosa (L.) y Aspalthium bituminosum (L.) Kuntze. Todos sus
nombres hacen referencia al carácter que la convierte en una de
las leguminosas más fáciles de reconocer, además de por sus características flores violáceas (Fig.1 (A)), por su inconfundible olor
a betún, y de ahí su nombre, que puede percibirse por ejemplo
cuando se machacan sus foliolos entre los dedos. Es una planta
de porte arbustivo muy frecuente en los márgenes de caminos y
carreteras.
La especie estudiada en esta tesis presenta tres intrataxones
que pueden colonizar un amplio rango de bioclimas (Fig. 1 (B)). El
más común es la variedad bituminosa, que aparece en toda la
Cuenca Mediterránea e Islas Canarias (precipitación anual de 200800 mm), mientras que las variedades albomarginata (120-180
mm) y crassiuscula (zonas de alta montaña y fríos inviernos) únicamente crecen de manera natural en las Islas Canarias.
El interés de su estudio nace en sus múltiples aplicaciones potenciales. Se ha utilizado de manera tradicional en la producción de
alimento para ganado en las Islas Canarias, y existe un creciente
interés internacional por el uso forrajero de B. bituminosa, utilizándose actualmente como planta modelo en programas de producción
de forraje en Australia (Real y Verbyla 2010). Por otro lado, B. bituminosa también crece de manera natural en suelos contaminados
con elevadas concentraciones de metales pesados (MPs), como en
la Sierra Minera de La Unión (Murcia, España) (Walker et al. 2007),
por lo que resulta muy relevante evaluar su aplicabilidad en la fitorremediación en este tipo de suelo con clima semiárido. Finalmente,
otro de sus usos está relacionado con el hecho de que los frutos y
hojas de B. bituminosa pueden llegar a acumular altas concentraciones de furanocumarinas (FCs): cerca de 4000 µg g-1 PS de psoraleno, y 10 000 µg g-1 PS de angelicina (Martínez et al. 2010),
compuestos de amplia aplicación farmacéutica.
Figura 1. (A) Inflorescencia de Bituminaria bituminosa y representación de sus tres usos: (1) Forraje; (2) Fitorremediación; (3) Farmacia. (B) Distribución
de la especie B. bituminosa, señalada con color verde sobre el mapa de la cuenca del Mar Mediterráneo.
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Respuestas de B. bituminosa frente a sequía
Aunque B. bituminosa presenta características que la catalogan
como una especie que posee una elevada resistencia constitutiva
a la sequía, la selección de cada variedad dependerá del uso en el
que se pretendan utilizar, detectándose con esta tesis diferencias
respecto sus respuestas fisiológicas entre las variedades estudiadas (Tabla 1). En cuanto a sequía, se realizó un primer ensayo en
macetas de 1.5 l en cámara de cultivo (58 días), con suelo procedente de la finca experimental del IMIDA (Walker et al. 2007), donde
posteriormente se realizaría un ensayo de campo durante la estación estival. El tratamiento en ambos ensayos consistió en la interrupción del aporte hídrico respecto plantas control regadas. Para
conocer su transporte de agua a través de las raíces, se realizó un
tercer experimento en hidropónico (42 días), imponiendo diferentes
grados de estrés hídrico gracias a la adición de polietilengicol (PEG
8000) al medio líquido nutritivo. Las concentraciones elegidas fueron 0% PEG, 4.5% PEG y 9% PEG (equivalente a un potencial creado por 40 mM NaCl).
Se comprobó que la variedad albomarginata (población Famara, Lanzarote) consiguió que sus plantas estresadas alcanzaran
la mayor biomasa, por lo que es la más adecuada para la producción de forraje, manteniendo su contenido relativo de agua, aumentando su relación raíz:parte aérea, y conservando una gran
conductividad hidráulica de sus raíces. Se comprobó que esta variedad es más tolerante y está mejor adaptada para soportar periodos secos, tanto en verano como durante el resto del año,
evitando el estrés interno a través del mantenimiento de sus relaciones hídricas. La variedad crassiuscula (población Boca de
Tauce, Tenerife) se comporta de manera similar frente a sequía que
albomarginata, pero con menor biomasa y menor área foliar espe-
cífica (hojas más gruesas), demostrando la resistencia constitutiva
de la especie frente a sequía por no tratarse de una variedad expuesta a sequía durante su ciclo de vida normal. La variedad bituminosa (poblaciones La Perdiz y Llano del Beal, ambas de la
Región de Murcia) es más sensible a sequía por ser menos eficiente para evitar el estrés. Su estrategia frente a la sequía es el
sometimiento o tolerancia al estrés interno, con grandes cambios
osmóticos, pero sin que estos provoquen grandes efectos en el crecimiento.
B. bituminosa en la fitoremediación de ecosistemas
afectados por MPs
Como consecuencia de la actividad minera llevada a cabo durante siglos en La Unión, existen en la Región de Murcia más de
40 km2 de terreno estéril con altas concentraciones de MPs (As,
Cu, Pb, Zn) (Fig. 2 (A)). La erosión afecta fuertemente a estos suelos, altamente inestables y desprovistos de vegetación, por lo que el
establecimiento de una cobertura vegetal permitiría estabilizar físicamente los suelos (fitoestabilización), y minimizar la erosión y diseminación de los contaminantes (Méndez y Maier 2008). B.
bituminosa es una de las especies silvestres de los suelos de La
Unión con tolerancia a MPs (Walker et al. 2007). Como en sequía,
se realizaron ensayos a tres niveles de experimentación. Inicialmente
un ensayo en maceta (60 días), con un suelo altamente contaminado
procedente de El Llano del Beal, un suelo moderadamente contaminado de San Ginés de la Jara, y un suelo limpio de metales usado
como control. En el mismo experimento se evaluó el efecto de diferentes enmiendas (compost, fertilizante, purín de cerdo) sobre el
desarrollo las plantas y la biodisponibilidad de los metales en el
suelo. Los ensayos de campo se realizaron sobre ambos suelos
Tabla 1. Poblaciones de la especie B. bituminosa estudiadas en esta tesis doctoral.
Variedad
Población
Localidad
Altitud (msnm)
Tª media meses más fríos
y calurosos (oC)
150-350
165-500
200-400
200-350
600
2200
300
850
11.1/22.8
4.0/17.4
9.7/26.1
5.9/25.8
400-600
200-400
1000
200
6.1/28.1
9.7/26.1
Precipitación anual (mm)
albomarginata
crassiuscula
bituminosa
bituminosa
Famara
Boca de Tauce
Llano del Beal
La Perdiz
Famara, Lanzarote
Mt. Teide, Tenerife
Llano del Beal, Murcia
Sierra Espuña, Murcia
bituminosa
bituminosa
LA
C2
Mijas, Málaga
La Esperanza, Murcia
Origen
ENSAYOS SEQUÍA
ENSAYOS METALES PESADOS
Figura 1. (A) Paisaje estéril como resultado de la actividad minera en La Unión (Murcia, España). (B) Nódulos activos de bacterias fijadoras de nitrógeno
(cepa LB11) obtenidos tras inoculación de raíces de B. bituminosa usando bacterias aisladas a partir del propio suelo contaminado.
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contaminados durante 2 años de duración. En hidropónico, se ejecutaron diferentes ensayos individuales (50 días) con los metales
más abundantes y disponibles en estos suelos (4.4 µM Cd, 7.8 µM
Cu, 76 µM Zn, 12 µM Zn, 61 µM Zn).
La especie B. bituminosa mostró una alta tolerancia a los metales, de la cual podría decirse que posee resistencia en comparación
con otras especies, y en especial la población “C2” (Tabla 1), procedente de un suelo contaminado por MPs cercano a la antigua
zona minera. Dicha población “C2” es menos sensible a altos niveles tisulares de metales, especialmente a Zn, que la población “LA”,
procedente de suelo limpio de MPs, inhibiendo menos su crecimiento, tanto en parte aérea como en raíz. Con esta tesis se ha
comprobado que podría considerarse a B. bituminosa como una especie apropiada para una etapa inicial en la revegetación de suelos
no salinos, moderadamente contaminados por MPs, y con pH en el
intervalo neutro-alcalino (pH 6.5-8.0). Además, se trata de una especie capaz de formar nódulos con bacterias simbiontes que le permiten fijar N2 atmosférico y mejorar la fertilidad del suelo, algo
especialmente de interés para la revegetación de sitios contaminados, normalmente muy pobres en nutrientes. Durante esta tesis se
encontró e identificó una gran diversidad genética de cepas que nodulan en las raíces de B. bituminosa, como bacterias de los géneros
Phylobacterium y Rhizobium, y la especie Mesorhizobium ciceri. El
aislado LB11 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/JN378715.1),
procedente de suelos contaminados de La Unión (Fig. 2 (B)), podría ser una cepa aplicable en estos suelos, gracias a su tolerancia
a la presencia de MPs, y su gran capacidad para fijar nitrógeno
hasta las plantas.
Síntesis de compuestos de interés farmacéutico
por B. bituminosa
Las FCs deben su actividad biológica a que reaccionan fotoquímicamente con los ácidos nucleicos (particularmente ADN) en
presencia de la luz ultravioleta. Por eso tienen aplicación en el
campo de la medicina (terapias PUVA contra la psoriasis, melanoma, etc.) y biología molecular. Durante ensayos frente a sequía
y MPs, las poblaciones canarias presentaron mayor proporción de
psoraleno, mientras que las poblaciones peninsulares mostraron
mayor proporción de angelicina. La presencia de distintos MPs en
el medio afecta de diferente manera a las relaciones hídricas, y a
su vez a la acumulación de FCs, sin que la relación psoraleno:angelicina se vea afectada por la exposición a MPs. La alta acumulación de FCs hace de B. bituminosa una candidata adecuada para
la producción de estos compuestos a escala de campo. Para este
propósito, la población “C2” podría ser muy adecuada y rentable
debido a su alta acumulación de psoraleno, producto de alto valor
comercial. Asumiendo los niveles de psoraleno obtenidos en los
ensayos de esta tesis (máximos de 6000 µg g-1PS en hoja), para
una producción en campo de B. bituminosa de 20-40 toneladas de
materia verde ha-1año-1, podrían obtenerse entre 12-24 Kg de psoraleno ha-1 año-1.
Referencias
Martínez, S., Correal, E., Real, D., Ortuño, A., del Río J.A. 2010.
Bituminaria bituminosa: a source of furanocoumarins of pharmaceutical interest. En: A.S. Awaad, J.N. Govil, V.K. Singh
(eds). Recent Progress in Medicinal Plants. Vol 27. Drug Plants
I, pp. 310-322.. Studium Press LLC, Houston, USA.
Méndez, M.O., Maier, R. 2008. Phytostabilization of mine tailings in
arid and semiarid environments – an emerging remediation
technology. Environmental Health Perspectives 116:278-283.
Real, D., Verbyla, A. 2010. Maximizing genetic gains using a “plant”
model in the Tedera (Bituminaria bituminosa var. albomarginata
and var. crassiuscula) breeding program in Australia. Options
Méditerranéennes A 92:87-95
Walker, D.J., Bernal, M.P., Correal, E. 2007. The influence of heavy
metals and mineral nutrient supply on Bituminaria bituminosa.
Water, Air, and Soil Pollution 184:335-345.
DOMINGO MARTÍNEZ FERNÁNDEZ
Respuestas fisiológicas de Bituminaria bituminosa frente a sequía y metales pesados
Tesis Doctoral
Departamento de Recursos Naturales del Instituto Murciano de Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario (IMIDA). Departamento
de Producción Vegetal de la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT)
Julio 2012
Director: Dr. David-James Walker
Disponible en: http://hdl.handle.net/10317/2765
Publicaciones resultantes de la Tesis
Bernal, M.P., Clemente, R., de la Fuente, C., Pardo, T., Alburquerque, J.A., Bustamante, M.A., Martínez-Alcaraz, I., Martínez-Fernández, D., Walker,
D.J. 2010. Nuevas opciones y revalorización del purín porcino. Tierras de Castilla 174:54-57
Clemente, R., Walker, D.J., Pardo, T., Martínez-Fernández, D., Bernal, M.P. 2012. The use of a halophytic plant species and organic amendments
for the remediation of a trace elements-contaminated soil under semi-arid conditions. Journal of Hazardous Materials 223-224:63-71.
Martínez-Fernández, D., Walker, D.J. 2012. The effects of soil amendments on the growth of Atriplex halimus and Bituminaria bituminosa in heavy
metal-contaminated soils. Water, Air, and Soil Pollution 223:63-72.
Martínez-Fernández, D., Walker, D.J., Romero, P., Correal, E. 2010. The physiology of drought tolerance in Tedera (Bituminaria bituminosa). Options
Méditerranéennes A 92:155-159.
Martínez-Fernández, D., Walker, D.J., Romero-Espinar, P., Flores, P., del Río, J.A. 2011. Physiological responses of Bituminaria bituminosa to heavy
metals. Journal of Plant Physiology 168:2206-2211.
Martínez-Fernández, D., Walker, D.J., Romero, P., Martínez-Ballesta, M.C., Correal, E. The response of the leguminous fodder plant Bituminaria bituminosa to water stress. Journal of Agronomy and Crop Science (DOI: 10.1111/j.1439-037X.2012.00515.x).
Walker, D.J., Martínez-Fernández, D., Correal, E., Romero-Espinar, P., del Río, J.A. 2012. Accumulation of furanocoumarins by Bituminaria bituminosa
in relation to plant development and environmental stress. Plant Physiology and Biochemistry 54:133-139.
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